立式磨床横梁的有限元分析和结构优化

摘要

机床制造业是一个国家的基础工业,其发展水平往往决定一个国家的工业水平。现代工业对机床的要求越来越高,而国内的机床制造水平等却远远低于国外的先进水平,在机床精度等方面和国外有较大差距。　　 本文以某机床厂的立式磨床的横梁为主要研究对象,首先建立了横梁的三维模型,有限元分析模型；然后分别对其进行了有限元静力学分析和模态分析,验证其原始结构的合理性；最后通过优化设计,建立横梁的优化模型并完成了对横梁的结构优化,减小了其质量,降低生产成本。具体包括以下内容:　　 1.阐述了论文的研究背景和意义,介绍了国内外机床研究现状及现代机床设计思想的主要发展阶段。　　 2.运用CAD软件SolidWorks对横梁进行了三维建模,并通过格式转换导入有限元分析软件.ABAQUS。然后经过赋予材料属性,设置边界条件等建立横梁的有限元模型。　　 3.对横梁进行了有限元静力学分析,得到了最危险工况下横梁的应力和应变,其结果均符合设计要求,验证了其原始结构的合理性,并为结构优化提供了依据。　　 4.对横梁进行了有限元模态分析,得到了其前几阶固有频率及振型,其前几阶固有频率远远大于外部激励频率,振型良好,横梁原始设计的动态性能良好,验证了原始结构的合理性,进一步为优化提供依据。　　 5.选取三个对横梁质量影响较大的结构参数进行了灵敏度分析,得到了其对于横梁的变形及固有频率的灵敏度,为横梁的结构优化提供了参考。　　 6.建立优化设计模型,对横梁的结构进行了优化,优化后的模型质量下降了6.9％,达到优化目的。最后,对优化后的模型进行有限元分析,验证了优化模型的合理性。